Producción de ácidos nitrobenzoicos

Tabla de contenido

1. Ácido 2-nitrobenzoico u ácido o-nitrobenzoico

2-nitrobenzoic acid structure

El ácido 2-nitrobenzoico es ácido mononitrobenzoico donde el grupo nitro está en posición orto con respecto al grupo carboxílico. Es un sólido que es insoluble en agua y soluble en alcohol como el metanol.

Propiedades físicas del ácido 2-nitrobenzoico

Las propiedades físicas del ácido 2-nitrobenzoico se enumeran a continuación:

  • Masa molar = 167,12 g/mol
  • Punto de fusión = 148 °C
  • Densidad = 1,575
  • Solubilidad en agua = 0,75 g/100 ml (a 25 °C)
  • Solubilidad en metanol = 42,72 g/100 ml (a 10 °C)
  • Solubilidad en benceno = 0,294 g/100 ml (a 10 °C)
  • Constante de disociación, Ka (a 18 °C) = 6,1 × 10-3
  • Temperatura de descarboxilación = 180 °C

Reacciones químicas del ácido 2-nitrobenzoico

El ácido 2-nitrobenzoico sufre la reacción típica de los ácidos carboxílicos aromáticos y los compuestos nitroaromáticos:

El ácido antranílico se puede producir mediante la reducción del grupo nitro a una amina.

El grupo carboxílico forma ésteres con alcoholes y cloruro de 2-nitrobenzoilo con agentes clorantes.

A temperaturas superiores a 180 °C, el ácido 2-nitrobenzoico forma nitrobenceno por descarboxilación.

El anillo aromático puede sufrir reacciones de sustitución, pero es difícil debido a la presencia de grupos desactivantes.

Producción de ácido 2-nitrobenzoico

El ácido 2-nitrobenzoico se prepara mediante la oxidación de 2-nitrotolueno con ácido nítrico.

production of 2-nitrobenzoic acid by oxidation of 2-nitrotoluene

Monsanto Chemicals Ltd. había desarrollado un método de producción de ácido 2-nitrobenzoico mediante oxidación de 2-nitroacetfenona con ácido nítrico acuoso en presencia de metavanadato de amonio como catalizador a reflujo.

Se requieren ocho moles de ácido nítrico para convertir un mol de 2-nitroacetofenona a una temperatura de 60 °C a la temperatura de reflujo de la mezcla.

Al enfriar la mezcla de reacción, se forman cristales de ácido 2-nitrobenzoico en bruto y se recuperan de los mismos mediante filtración, luego se purifican mediante recristalización en disolventes tales como benceno, etanol, mezclas de benceno-etanol, hexano, etc.

production of 2-nitrobenzoic acid by oxidation of 2-nitroacetophenone

2. Ácido 3-nitrobenzoico o ácido m-nitrobenzoico

3-Nitrobenzoic acid

El ácido 3-nitrobenzoico es un sólido blanco. Los sustituyentes carboxílicos y nitro se encuentran en posición meta entre sí, por lo que también se le llama ácido m-nitrobenzoico. Es un precursor importante en la producción de tintes.

Propiedades físicas del ácido 3-nitrobenzoico

Las propiedades físicas del ácido 3-nitrobenzoico se enumeran a continuación:

  • Masa molar = 167,12 g/mol
  • Punto de fusión = 142 °C
  • Densidad = 1,494
  • Solubilidad en agua = 0,24 g/100 ml (a 15 °C)
  • Solubilidad en metanol = 47,34 g/100 ml (a 10 °C)
  • Solubilidad en benceno = 0,795 g/100 ml (a 10 °C)
  • Constante de disociación, Ka (a 25 °C) = 3,48 × 10-4
  • Temperatura de descarboxilación = 238 °C

Reacciones químicas del ácido 3-nitrobenzoico

El ácido 3-nitrobenzoico sufre la reacción típica de los ácidos carboxílicos aromáticos y los compuestos nitroaromáticos:

El ácido 3-aminobenzoico se puede producir mediante la reducción del grupo nitro a una amina.

El grupo carboxílico forma ésteres con alcoholes y cloruro de 3-nitrobenzoilo con agentes clorantes.

A temperaturas superiores a 238 °C, el ácido 3-nitrobenzoico forma nitrobenceno por descarboxilación.

El anillo aromático puede sufrir reacciones de sustitución, pero es difícil debido a la presencia de grupos desactivantes.

Producción de ácido 3-nitrobenzoico

El ácido 3-nitrobenzoico se prepara mediante la nitración del ácido benzoico en condiciones de baja temperatura. Durante este proceso, se produce alrededor del 20% del isómero 2-nitro y el 1,5% del isómero 4-nitro junto con el ácido 3-nitrobenzoico deseado. Para obtener ácido 3-nitrobenzoico purificado, se puede emplear la recristalización de la sal de sodio.

production of 3-nitrobenzoic acid by nitration of benzoic acid

Se puede lograr un mayor rendimiento de 3-nitrobenzaldehído, un precursor del ácido 3-nitrobenzoico, mediante la oxidación controlada del benzaldehído. El ácido 3-nitrobenzoico sirve como intermediario en la síntesis de ácido 3-aminobenzoico y colorantes azoicos. Su derivado, el ácido 4-cloro-3-nitrobenzoico, actúa como intermediario en la producción de tintes.

3. Ácido 4-nitrobenzoico o ácido p-nitrobenzoico

4-nitrobenzoic acid structure

El ácido 4-nitrobenzoico es un ácido mononitrobenzoico con los dos grupos en posición para entre sí. También se le llama ácido parra-nitrobenzoico. Es un sólido de color amarillo pálido que es insoluble en agua y ligeramente soluble en metanol.

Propiedades físicas del ácido 4-nitrobenzoico.

Las propiedades físicas del ácido 4-nitrobenzoico son las siguientes:

  • Masa molar = 167,12 g/mol
  • Punto de fusión = 240 °C
  • Densidad = 1,61
  • Solubilidad en agua = 0,02 g/100 ml (a 15 °C)
  • Solubilidad en metanol = 9,6 g/100 ml (a 10 °C)
  • Solubilidad en benceno = 0,017 g/100 ml (a 12,5 °C)
  • Constante de disociación, Ka (a 25 °C) = 3,93 × 10-4
  • Temperatura de descarboxilación > 240 °C

Reacciones químicas del ácido 4-nitrobenzoico.

El ácido 4-nitrobenzoico sufre la reacción típica de los ácidos carboxílicos aromáticos y los compuestos nitroaromáticos:

El ácido 4-aminobenzoico se puede producir mediante la reducción del grupo nitro a una amina.

El grupo carboxílico forma ésteres con alcoholes y cloruro de 4-nitrobenzoilo con agentes clorantes, que es un material de partida para el clorhidrato de procaína y el ácido fólico.

A temperaturas superiores a 240 °C, el ácido 4-nitrobenzoico forma nitrobenceno por descarboxilación.

El anillo aromático puede sufrir reacciones de sustitución, pero es difícil debido a la presencia de grupos desactivantes.

Producción de ácido 4-nitrobenzoico.

El ácido 4-nitrobenzoico se produce comercialmente mediante la oxidación de 4-nitrotolueno con oxígeno molecular. La oxidación con ácido nítrico al 15 % a 175 °C produce el ácido con un rendimiento del 88,5 %.

production of 4-nitrobenzoic acid by oxidation of toluene

Monsanto Chemicals Ltd. había desarrollado un método de producción de ácido 4-nitrobenzoico mediante oxidación de 4-nitroacetfenona con ácido nítrico acuoso en presencia de metavanadato de amonio como catalizador a reflujo.

Se requieren ocho moles de ácido nítrico para convertir un mol de 4-nitroacetofenona a una temperatura de 60 °C a la temperatura de reflujo de la mezcla.

Al enfriar la mezcla de reacción, se forman cristales de ácido 4-nitrobenzoico en bruto y se recuperan de los mismos mediante filtración, luego se purifican mediante recristalización en disolventes tales como benceno, etanol, mezclas de benceno-etanol, hexano, etc.

production of 4-nitrobenzoic acid by oxidation of 4-nitroacetophenone

Un método interesante implica la nitración y posterior oxidación del poliestireno. Este método utiliza el impedimento estérico de la cadena polimérica para mejorar la relación para a orto del producto.

Referencias